ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Генерация теплоты

Л-

(117)

^тепл = |л/г | iV -

Отклонение от обратимости приводит к потерям, которые про - іяются в виде тепла. При условии термического равновесия, интенсивность ювыделения равна разности между общей мощностью, выделяющейся в ходе идш, и электрической мощностью, подаваемой на нагрузку. При протекании і ции доступная общая мощность равна | Ah | /V, где Ah — изменение энталь - и системы в расчете на 1 кмоль продукта реакции, а N — скорость образова- продукта реакции. Если интенсивность тепловыделения обозначить Ртеш, їктрическую мощность на нагрузке — PL, то

В реальных топливных элементах реализуется несколько механизмов ге рации теплоты:

1. Термодинамическая тепловая мощность, Ртер ( = Т|ДУ| N. Эта тепл

мощность выделяется (реже поглощается) даже в обратимом топли элементе.

2. Тепловая мощность, обусловленная разницей между обратимым напряже

К>бр и напряжением холостого хода Vx. Эта величина (Вт) Рк = (^обр - 1 х

3. Теплота, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении топливного мента, РДж = 1%нутр.

4. Теплота, обусловленная отклонением Textra напряжения топливного мента от значения, отвечающего уравнению VL = Ух - /Лвн>тр, вслед' других причин. Эти причины могут быть связаны с наличием нап ния активации К(ктив или с падением напряжения вследствие сниж концентрации электролита, как упоминалось выше. Тепловая могцн обусловленная этими причинами, Pextra = Fextra/.

5. Теплота конденсации водяного пара Яконл, который является прод' к реакции, Якоил = |а/іко11л| N. Если в качестве Ah используется знач для реакции образования водяного пара и получившийся в реакции дянои пар удаляется без изменения агрегатного состояния или в качес Ah используется значение для образования воды в жидком состоян» вода удаляется из ТЭ в виде жидкости, в обоих случаях РКОИД необхо принять равной нулю.

Пример 4

Рассмотрим ТЭ фирмы Ballard, ВАХ которого изображена на рис. 7.28. Какова мак мальная электрическая мощность, которую может генерировать этот элемент, и і аі количество теплоты он при этом будет выделять? Чему равен КПД этого элем Будем использовать ВАХ, соответствующую температуре 70 °С, а чтобы упросі задачу, будем считать, что все процессы протекают при нормальных условиях. В образующаяся в процессе работы ТЭ, отводится из него в виде пара. Вольт-амперная характеристика элемента описывается соотношением

(11

(11

VL = 0,913-49,3-Ю”6/ , и, следовательно, его выходная мощность (Вт/м2)

PL = VLJ = 0,9137 -49,3-10“6/2.

Это выражение определяет мощность которая передается на нагрузку с 1 м2 актив поверхности электродов топливного элемента. Максимальная мощность элеме определяется из условия

(ll'Ji

-fr = 0,913 - 98,6 • 10_б/ = 0,

Продолж. примера

откуда

(121)

J = 9260 А/м2.

При таком значении плотности тока мощность топливного элемента будет равна 4230 Вт/м2.

Если коэффициент использования тока равен 100 %, то интенсивность образования воды

/ 9260

N = ■

= 48-10_6 кмоль Н20/(с-м2). (122)

qneN0 1.60 -10“19 - 2 6.02 -1026 Таким образом, общая мощность, выделяемая в реакции.

ЯГ)Ш = ДhN = 242-Ю6-48-ИГ6 = 11600 Вт/м2.

(123)

Из этой мощности 4230 Вт/м2 выделяется в виде электрической энергии на нагрузке, поэтому мощность тепловыделения ТЭ равна 11600-4230 = 7370 Вт/м2.

Отметим, что потери на джоулево тепловыделение внутри ТЭ составляют:

(124)

/дж = RBimvJ2 = 49,3 10-6 ■ 92602 = 4220 Вт/м2

Очевидно, что эта величина равна мощности, подаваемой на нагрузку, так как мак­симальное значение мощности может быть получено только при условии равенства сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению источника тока. Термодинамическая тепловая мощность равна

(125)

(126)

(127)

Термод = T&sN = 298-44,4-103 • 48 ■ ИГ6 = 635 Вт/м2. Потери, связанные с тем, что значение Vx меньше, чем Робр, составляют ^Х= (Кобр - К)/= (1,185 - 0.913)9260 = 2519 Вт/м2. Безусловно, должно выполняться равенство

+ Д, + Рп-г + Рт.

Р = Р

общ термод "г Ах "1” -*Дж ^L *

Коэффициент полезного действия этого топливного элемента

(128)

= 0,365

л =

PL _ 4230 Робш “11600

В рассмотренном выше примере ток, генерируемый топливным элементом 9260 А/м2), превышает максимальное значение плотности тока (7000 А/м2), казанное производителем. Это, вероятно, означает, что топливный элемент не жет работать на полную мощность, т. е. не может рассеивать 7400 Вт/м2 теп - гы, генерируемой в этом режиме работы.

Коэффициент полезного действия этого элемента при условии работы на іолее низком уровне мощности будет существенно выше, чем при работе в

экстремальном режиме, как было принято для расчета в рассмотренном примере. Действительно, при плотности тока J = 7000 А/м2 КПД будет р примерно 45 %.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

РАБОТА

Выше мы говорили о том, что газ, находящийся в цилиндриче­ском сосуде с поршнем, может совершать работу. Какова эта работа? Сила, действующая на поршень со стороны газа, равна рА, где А …

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Подведем некоторое количество Q теплоты к газу, находящему- ■ : цилиндре с адиабатическими стенками и поршнем внутри, который может ■сремещаться без трения. Наличие адиабатических стенок означает, что тепло - р …

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

При изменении температуры некоторого фиксированного коли­чества газа будет меняться его внутренняя энергия. Если при этом объем газа остается постоянным (например, газ помещен в сосуд с жесткими стенками), то изменение его …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.